BASINÇ KAYNAĞI VE UYGULAMA ALANLARI

ZONGULDAK KARAELMAS ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

KONSTRÜKSİYON VE İMALAT ANABİLİM DALINDA

DİPLOMA ÇALIŞMASI

OLARAK HAZIRLANMIŞTIR

ZONGULDAK

HAZİRAN 2000

KABUL:

Mustafa AKSOY tarafından hazırlanan “BASINÇ KAYNAĞI VE UYGULAMA ALANLARI” başlıklı

bu çalışma jürimiz tarafından değerlendirilerek, Konstrüksiyon ve İmalat Anabilim Dalında Makina Mü-

hendisliği Diploma Çalışması olarak kabul edilmiştir.

Başkan : Yrd. Doç. Dr. Füsun MÜFTÜOĞLU

Üye : Yrd. Doç. Dr. Fatmagül KOLTUK

Üye : Yrd. Doç. Dr. Serpil KARAKUŞ

ONAY:

Yukarıda imzaların, adı geçen öğretim üyelerine ait olduğunu onaylarım

.../.../ 2000

Prof. Dr. Fahri Dağlı

Makine Mühendisliği Bölüm Başkanı

ii

Makine Mühendisliği Diploma Çalışması

BASINÇ KAYNAĞI VE UYGULAMA ALANLARI

Zonguldak Karaelmas Üniversitesi

Mühendislik Fakültesi

Makine Mühendisliği Bölümü

Öğrenci Danışmanı : Yrd. Doç. Dr. Füsun MÜFTÜOĞLU

HAZİRAN 2000

ÖZET

Son senelerde gerek uygulamalardaki işlem esasları bakımından, gerekse kaynak tekniği açısından

tatmin edici özelliklere sahip olmasıyla bilinen kaynak yöntemleri göze çarpmaktadır. Bu uygulamalar

basınç esaslı kaynak uygulamalarıdır ve kullanım alanları giderek genişlemektedir.

Bu çalışmada; basınç esaslı kaynak yöntemleri; işlemlerin uygulanışı esası; parametreleri ve en-

düstrideki uygulamaları yönünden ele alınmıştır.

iii

TEŞEKKÜR

Bu diploma çalışmasının hazırlanmasında her türlü yardımı esirgemeyen ve fikirleriyle bu çalışmaya kat-

kıda bulunan başta hocamız Yrd. Doç. Dr. Füsun MÜFTÜOĞLU(Z.K.Ü. Mühendislik Fakültesi Makine

Mühendisliği Bölümü) hocama ve onun şahsında bütün hocalarıma teşekkürü bir borç bilirim.

iv

İÇİNDEKİLER

Sayfa no

BÖLÜM 1

1.1 KAYNAĞIN TANIMI

1.2 KAYNAK KABİLİYETİ

1.3 KAYNAĞIN SINIFLANDIRILMASI

BÖLÜM 2

BASINÇ ESASLI KAYNAK YÖNTEMLERİ VE UYGULAMA ALANLARI

2.1. DÖKÜM BASINÇ KAYNAĞI

2.1.1. İşlemin Esası ve Özellikleri

2.1.2. AT Döküm Kaynağı

2.1.3. AT Pres Kaynağı

2.1.4. Kombine AT Kaynağı

2.1.5. AT Kovan Kaynağı

2.2. ELEKTRİK DİRENÇ KAYNAĞI

2.2.1. İşlemin Esası

2.2.1.1. Kaynak Isısı Oluşumu

2.2.1.2. Kaynak Noktasında Oluşan Elektriksel Direnç

2.2.1.3. Kontak Direnci ve Kaynak Parametreleri

2.2.1.4. Kontak Direnci ve Üst Yüzeyin Durumu

2.2.2 Nokta Direnç Kaynağı

2.2.2.1. Nokta Kaynak Makineleri

2.2.2.2. Elektrotlar

2.2.2.3. Kaynak Değerleri

2.2.3. Direnç Dikiş Kaynağı

2.2.3.1.Yufkaç Elektrotlar

v

İÇİNDEKİLER (Devam Ediyor)

Sayfa no

2.2.3.2.Kaynak Değerleri

2.2.3.3.Direnç Dikiş Kaynak Makineleri

2.2.3.4.Dikiş Direnç Kaynağında Dikiş Biçimleri

2.2.4.Kabartılı Direnç Kaynağı

2.2.4.1.Kaynak Değerleri

2.2.4.2. Kabartılı Direnç Kaynağı İçin Kaynak Makineleri

2.2.5.Alın Direnç Kaynağı

2.2.5.1.Alın Yığma Kaynağı

2.2.5.2.Alın Yakma Kaynağı

2.3. GAZ BASIÇ KAYNAĞI

2.4. ELEKTRİK ARK BASINÇ KAYNAĞI

2.4.1.Elektrik Direnç Saplama Kaynağı

2.4.2.Elektrik Ark Saplama Kaynağı

2.4.2.1.Çekerek Ark Oluşturma

2.4.2.2.Kaynak Kovanı İle Ark

2.4.2.3.Özel Uç Formu İle Ark Oluşturma

2.5. SÜRTÜNME KAYNAĞI

2.5.1.Başlıca Kavram ve Tanımlar

2.5.2.Sürtünme Kaynağının Tarifi ve Prensibi

2.5.3.Sürtünme Kaynağı Çeşitleri

2.5.3.1.Sürekli Tahrikle Sürtünme Kaynağı

2.5.3.2.Volan Tahrikli Sürtünme Kaynağı

2.5.3.3.Konbine Sürtünme Kaynağı

2.6. SOĞUK BASINÇ KAYNAĞI

2.7. OCAKÇI KAYNAĞI

İÇİNDEKİLER (Devam Ediyor)

vi

Sayfa no

2.8. ULTRASONİC KAYNAK

2.8.1. İşlemin Esası ve Özellikleri

2.8.2. Kaynak Edilebilir Malzemeler

2.8.3. Uygulama Alanları

2.9. DİFÜZYON KAYNAĞI

2.9.1. İşlemin Esası ve Özellikleri

2.9.2. İşlemin Yapılışı

2.9.3 Uygulama Alanları

ŞEKİLLER DİZİNİ

vii

Şekil No Açıklama Sayfa No

2.1.2.a Yükselen döküm esaslı AT döküm kaynağının şematik görünümü ......................................... 5

2.1.2.b Yandan beslemeli AT döküm kaynağının şematik görünümü ................................................. 6

2.1.3.a AT pres kaynağı ile boru birleştirmenin şematik görünümü .................................................... 6

2.1.5.a AT kovan kaynağının şematik görünümü ................................................................................ 7

2.2.1.a Elektrik nokta direnç kaynağında işlem aşamaları ................................................................... 8

2.2.1.1.a Elektrik nokta direnç kaynağının esası .................................................................................. 9

2.2.1.1.b Nokta direnç kaynağında süre-toplam direnç ilişkisi ............................................................ 9

2.2.1.2.a Saf demirde sıcaklığa bağlı olarak özgül direncin değişimi .................................................. 11

2.2.1.3.a Elektrot kuvvetlerine bağlı olarak kontakt dirençlerinin değişimi ........................................ 12

2.2.1.3.c Kontakt ve malzeme dirençlerinin kıyaslanması ................................................................... 13

2.2.1.4.a Kontakt direncinin ve kaynak noktasının dayanımının bağlamadan

sonra zamana bağlı değişimleri ............................................................................................. 14

2.2.2.2.a Nokta kaynağında kullanılan elektrotların uç biçimleri ........................................................ 17

2.2.3.a Yufkaçlı dikiş kaynağının esası ................................................................................................ 20

2.2.3.3.a Direnç dikiş kaynak makineleri ............................................................................................. 22

2.2.3.4.a Direnç dikiş kaynağında kaynak biçimleri ............................................................................ 23

2.2.4.a Kabartılı kaynak işleminin esası ............................................................................................... 24

2.2.4.2.a Kabartılı kaynak direnç makinesi .......................................................................................... 25

2.2.5.a Elektrik alın direnç kaynağının esası........................................................................................ 26

2.5.1.a Alın yığma ve yakma direnç kaynağı sonu parça dış görünümleri........................................... 26

2.2.5.2.a Alın yakma kaynağı ile birleştirilmiş parça örnekleri ........................................................... 27

2.4.a Sapma kaynağı ile birleştirmeye uygun elemanlar

ve birleştirme örnekleri ......................................................................................................... 28

2.4.1.a Elektrik direnç esaslı saplama kaynağı..................................................................................... 30

2.4.1.b Saplama kaynağı kaynak bölgesi ............................................................................................. 30

2.4.2.1.a Çekerek arkı oluşturma esaslı saplama kaynağı için gerekli donatım ................................... 31

ŞEKİLLER DİZİNİ (Devam Ediyor)

Şekil No Açıklama Sayfa No

viii

2.4.2.3.a Özel uç formu ile ark oluşumu donatım şeması .................................................................... 33

2.4.2.3.b Saplama kaynağında aşamalar............................................................................................... 33

2.5.1.a Sürtünme kaynağında parçaların hareket türleri....................................................................... 35

2.5.2.1.a Sürekli tahrikle sürtünme kaynağı ......................................................................................... 35

2.5.2.2.a Volan tahrikle sürtünme kaynağı........................................................................................... 36

2.5.4.a Sürtünme kaynağı ile malzeme kaplama .................................................................................. 37

2.6.1 Al ile Fe’nin soğuk baskı kaynağı ile birleştirilmesinin şematik görünümü .............. 38

2.6.2 Soğuk baskı kaynağında yüzey büyümesi ve yüzey işleminin kaynama başlamasına etkisi ..... 39

2.8.1.a Ultrasal kaynak Makinesi ......................................................................................................... 40

2.8.1.b Ultrasal kaynağında birleşmenin mekanizması ........................................................................ 41

2.8.3.a Ultrasal kaynağı uygulaması .................................................................................................... 42

2.9.2.a Difüzyon kaynak donatımı ....................................................................................................... 45

ÇİZELGELER DİZİNİ

Çizelge No Açıklama Sayfa No

1.2.a Elektrik nokta kaynağında alaşımsız çeliklerin birleştirilmesinde bulunan

ix

elemanların kaynak kabiliyetine etkileri ............................................................................... 2

2.2.a Metallerin nokta kaynağına yatkınlıkları............................................................................... 15

2.2.4.1.a Kabartılı kaynak için çalışma değerleri ................................................................................. 24

SİMGELER DİZİNİ

Simge Açıklama

Ra = Yüzey pürüzlülük katsayısı

L = Şerit genişliği x

xi

e = Levha kalınlığı

R = Deformasyon

A = Yayılmış alan

A0 = Orijinal enine kesit alanı

Gm = Malzemenin dayanımı

Gw = Kaynak dayanımı

C = Yüzey pürüzlülüğüne bağlı katsayı

D = Difüzyon katsayısı

P0 = Ön ısıtma basıncı

P1 = Yığma basıncı

P2 = Sürtünme basıncı

Vp = Patlama hızı

Vg = Giydirilen metalin hızı

Vk = Kaynağın ilerleme hızı

KISALTMALAR DİZİNİ

MO = Metal Oksit

SEM = Scannig Elektron Mikroskop

AT = Alümino Termit

BÖLÜM 1

GİRİŞ

1.1. KAYNAĞIN TANIMI

Genel olarak kaynak olayını, parçaların ısı veya basınç uygula ması ile yada her ikisi-

nin yardımıyla birleştirilmesi veya yüzeylerin ilave bir metalle örtülmesi olarak tanımlamak

mümkündür. Bu işlemlerin yapılmasında ilave metallerin kullanılıp kullanılmadığı uygulama-

ları görmek mümkün olmaktadır.

Birleştirilmesi öngörülen malzemelerin kaynak bölgeleri plastik veya sıvı duruma geti-

rilmekte , eş iki malzemenin birleştirilmesi sonucu oluşan kaynak dikişinin özellikleri de ana

malzemenin özelliklerine benzetmektedir. İşlemin yapılmasında birleştirilecek malzemenin

özellikleri, yönteme başvuruluş amacı, kaynak olayındaki oluşumlar ve konstrüksiyona etkile-

ri gibi sebeplerden dolayı çeşitli önlemlerin alınması gerekebilmektedir. Ergitme esaslı kay-

nak uygulamalarında kaynak bölgelerinin genellikle yardımcı malzemelerle korunması ge-

rekmektedir. Seçilen ilave malzemenin ise, mümkün olduğu kadar ana malzeme ile aynı er-

gime aralığına sahip olması işlemin emniyeti bakımından gerekli görülmektedir. Bu tanımla-

mada belirtilen eş malzeme tabiri, metalurjik anlamda tam bir eşitlik olarak düşünülmemekte-

dir, birleşme bölgesindeki tüm malzemelerin birbiri içerisinde tam olarak karışabilmesi mana-

sını taşmaktadır.

Günümüz kaynak tekniğinde metalsel olmayan malzemeler ve özellikle de

termoplastikler için kaynak olayını tanımlamak mümkün olmaktadır. Yöntem bu tür malze-

meler için kaynak bölgesinin plastik duruma getirilmesi ile uygulanmakta, ısı ve basınç yar-

dımıyla yapılan işlem, ilave malzeme kullanarak veya kullanılmadan kaynak işlemi yapıla-

bilmektedir.

1.2 KAYNAK KABİLİYETİ

Metalsel malzemeler, kaynak işlemi ile şekillendirmeye aynı derecede yatkın değildir-

ler. Kaynağa elverişlilik olarak tanımlana bilecek bu kavram; bir birleştirme veya dolgu işle-

1

minde seçilen malzeme, uygulanan yöntem, konstrüksiyon ve kalınlık gibi faktörlerin bir ara-

ya düşünülmesiyle anlam kazanmaktadır.

Bir malzemenin kaynak kabiliyetinin iyi olduğu ifadesinden; o malzemenin öngörülen

yöntemle, herhangi bir önlem almadan, tasarlanmış konstrüksiyona uygulana bilmesi anlaşıl-

maktadır. Bu uygulama sonucu elde edilen kaynak dikişinin ise amaçlanan kalite seviyesinde

olması ön şart olarak görülmektedir.

Malzemenin kaynak uygulamasındaki tutumu; kimyasal bileşimi, üretim metodu ve

daha sonraki aşamalarda gördüğü işlemlerin etkilerine bağlı olarak değiştirilmektedir.

Örnek olarak ele alınan alaşımsız çeliklerin kimyasal bileşimlerinde bulunan elemanla-

rın, gerek basınç ve gerekse ergitme esaslı kaynak yöntemlerinde kaynak kabiliyetine etkileri

Tablo 1.2.a ’da gösterilmiştir.

Çelik Eleman İyi Kaynak Edilir Kaynak Edilir

C 0.25 0.4

C + Cr 0.35 1.6

C + V 0.4 0.6

C + Mo 0.5 0.7

C + Mn 1.4 1.6

C + Ni 3.00 4.00

C + Cr + Mo + V 0.6 1.6

Si 0.4 1.00

Cu 0.6 0.6

P + S 0.1 0.1

Tablo 1.2.a. Elektrik nokta kaynağında alaşımsız çeliklerin bileşiminde bulunan ele-

manların kaynak kabiliyetine etkileri.(Toplam yüzde olarak)

1.3 KAYNAĞIN SINIFLANDIRILMASI

1.3.1 Kaynak İşleminin Cinsine Göre Sınıflandırılması

1.3.1.1 Ergitme Kaynağı

Ergitme kaynağı malzemeyi yalnız sıcaklığın tesiri ile bölgesel olarak eritilip bir ilave

metal katarak veya katmadan birleştirmektir. Metallerin eritme kaynağında başlıca aşağıdaki

usuller kullanılmaktadır.

2

1. Döküm Ergitme Kaynağı

2. Elektrik Direnç Ergitme Kaynağı

3. Gaz Ergitme Kaynağı

4. Elektrik Ark Kaynağı

• Karbon Arkı ile Kaynak

• Metal Arkı ile Kaymak

• Koruyucu Gazla Kaynak

A. TIG Kaynağı

a) Normal TIG Kaynağı

b) Plazma TIG Kaynağı

c) Ark Atom Kaynağı

B. MIG Kaynağı

a) Normal MIG Kaynağı

b) Aktif Gazla MIG Kaynağı

• Metal Koruyucu Altındaki Kaynak

• Toz altı Kaynağı

5. Elektron Bombardıman ile Kaynak

6. Lazer Işını ile Kaynak

1.3.1.2 Basınç Kaynağı Usulleri

Metallerin basınç kaynağındaki başlıca aşağıdaki usuller kullanılmaktadır.

• Döküm Basınç Kaynağı

• Elektrik Direnç Kaynağı

• Gaz Basınç Kaynağı

• Elektrik Ark Basınç Kaynağı

• Sürtünme Kaynağı

• Soğuk Basınç Kaynağı

• Ocak Kaynağı

• Ultrasonik Kaynak

• Difüzyon Kaynağı

3

BÖLÜM 2

BASINÇ ESASLI KAYNAK YÖNTEMLERİ VE UYGULAMA ALANLARI

2.1. DÖKÜM BASINÇ KAYNAĞI

2.1.1. İşlemin Esası ve Özellikleri

İşlemin esası, alüminyum oksijene karşı afinitesinin diğer metallere göre daha fazla

olmasından yararlanarak, ince taneler halinde oksitlerin redükte edilmesi esasına dayanmak-

tadır.

3MO + 2Al 3M + Al2O3 – Q

MO : Metal Oksit

M : Redükte edilecek metal

Q : Açığa çıkan enerji

Bu reaksiyonlar tartışmasız ekzotermik bir karaktere sahiptir. Tüm termit reaksiyonlar

dışarı ısı vererek gelişirler. Metalotermit yolla demir ergitilmesi için, reaksiyon metali olarak

alüminyum en ekonomik malzemedir. Bu oluşum alüminotermit veya kısaca AT reaksiyonu

olarak adlandırılır. Zor ergiyen metallerde kaynak amacına ulaşmasında AT yöntemi büyük

kolaylıklar sağlanmaktadır.

Ateşe dayanıklı bir pota içindeki demir oksit ve alüminyum tanelerinden oluşmuş karı-

şımda reaksiyonun başlaması için, bir ön tutuşturma işlemine gerek duyulmaktadır. AT karı-

şımında yaklaşık tutuşma sıcaklığı 1300 oC olmaktadır.

Oluşum aşağıdaki denkleme göre devam etmektedir.

Fe2O3 + 2Al 2Fe + Al2O3 198 kcal

Yöntem uygulanan basınç ve erime yöntemleri dikkate alındığında üç ana grupta top-

lanabilir. Basınç tesiri göz önüne alınarak AT kaynağı

1- AT Döküm Kaynağı

2- AT Pres Kaynağı

3- Kombine AT Kaynağı

4

2.1.2 AT Döküm Kaynağı

AT esaslı kaynak yöntemleri içinde en yaygın olan bu yöntem bu esasa göre yapılan

işlemlerin yaklaşık %90’nını kapsamaktadır. Ana uygulama alanı olarakta her türlü demir

yolu birleştirmeleri verilmektedir.

AT döküm kaynağı ve yükselen çıkıcı esasına göre yapılan işlemde, simetrik olmayan

bir kaynak kalıbı kullanılır. Uygulamada AT pres kaynağında olmayan ve boyutu kaynak edi-

lecek kesitlere göre saptanan bir alın aralığı da bırakılmaktadır. Kullanılan pota tabandan bes-

lemeli olup; sıvı metal birleştirilecek parçanın, örneğin rayın alt yüzeyinden üst seviyesine

göre yükselecek şekilde düzenlenmiştir.

Kaynak kalıbında yükselen AT çeliği, 900 °C’in üstündeki ön tavlanmış çeliği ergit-

mektedir. İlave bileşiminden (termit malzemesinden) gelen çelik sadece ısı taşıyıcısı işlevine

sahip olmayıp, aynı zamanda kaynak dikişi oluşumunu da sağladığından, bileşimi ana malze-

menin aynı yada benzer olması gerekmektedir. Bu koşulun sağlanabilmesi için ; eldeki kütle-

ye uygun alaşım elemanları da katılabilmektedir.

Düşen döküm esasına göre AT döküm uygulamasına benzemektedir. Uygulamada pro-

fil demirinin; yani rayın üst kısmındaki yolluk, aynı zamanda çıkıcı görevini de üstlenmiştir.

İşlemin dezavantajlı yönü rayın üst yüzeyinde bulunana AT çeliğinin sıvı olması nedeni ile

50 mm bir genişliğe kadar ergime etkisidir.

Şekil 2.1.2.a. Yükselen döküm esaslı AT döküm kaynağının şematik görünümü.

Bir diğer geliştirilmiş uygulama ise, çift çıkıcı düzenlemesi ile yapılan AT kaynağı

düzenlemesidir. İşlemde yolluk boyu profilinin yüksekliği ile beraber düzenlenmektedir. Ra-

yın oturma yüzü ve orta kesiti ile düşüm ile, üst kesit ise, çıkıcılı döküm imal edilmektedir.

İşlem süresi uygulanan bir ön tavlama ile kısaltılabilmektedir. Bu tavlama süresi

yakıt – hava karışımı kullanmada 35 – 45 dakika, yanıcı gaz ve oksijen kullanmada ise 8 – 15

dakika sürmektedir.

5

Yandan beslemeli eriyik AT çeliği ile yapılan döküm kaynağında rayın üst kesiti akan

metalsel malzemeden korunmuş olmaktadır. Ergiyiğin üst yüzeye akışı yanlardan yönlendi-

rilmektedir. Bu tür uygulamalara ait şematik tasarımlar şekil 2.1.2.b ’de gösterilmiştir.

Şekil 2.1.2.b Yandan beslemeli AT döküm kaynağının şematik gösterimi

2.1.3 AT Pres Kaynağı

AT pres kaynağı, genellikle boru birleştirmelerinde uygulanmaktadır. İşlem kaynak

edilecek parçaların bir germe donatımından yararlanılarak pres edilmesi ile tamamlanmakta-

dır. İşlem öncesi, parça alın yüzeylerinin AT çeliği ve cürufun aralıktan nüfuz etmemesi için

temiz ve paralel bir konumda yüklenmesi gerekmektedir.

Kaynak yüzeylerinin uygulanan bir ön basınçla kaynak aşamasına hazır duruma geti-

rilmesinden sonra reaksiyon için özel bir potada hazır bulunan termit malzemesine ihtiyaç

duyulmaktadır. Kaynak süresince sadece reaksiyon ürünü ısıya hacimsel olarak ihtiyaç duyul-

duğundan, eldeki kaynak kütlesinin ilave metal ayrışmasına gerek duyulmaktadır. Kaynak

kütlesinin reaksiyonunun tamamlanmasından sonra, pota boşaltılmaktadır.

Şekil 2.1.3.a AT pres kaynağı ile birleştirmenin şematik görünümü. 1. cüruf

2. akışkan demir.

6

Pota boşaltılma aşamasında kaynak bölgesine önce cüruf akmakta ve ergime noktası-

nın yüksekliği nedeni ile alın yüzeylerinin etrafında ince bir tabaka halinde katılaşmakta, bo-

runun çevresi ise sıvı demir, geri kalan akışkan cürufa biçim ve basınca bağlı olarak süpür-

mekte ayrıca ısı membaı olarak bölgeyi etkilemektedir.

Kaynak yerinin sıcaklığı yaklaşık 1300 °C’e ulaşması sonu, parçalar sıkma düzeninde

pres ile şişirilmektedir.

2.1.4 Kombine AT Kaynağı

Bu uygulamada, pres ve döküm kaynaklarından aynı işlem içinde yararlanılmaktadır.

İşlemde, rayın üst kesiti AT pres kaynağı, alt taban ve kolon kısmı ise AT döküm kaynağı ile

birleştirilmektedir.

Ray malzememsinin metalsel temizliğe ulaştırılan alınları paralel konumda basınç al-

tında tutulmaktadır. Malzemenin C içeriğine bağlı olarak arasına ince saç konularak kaynak

bölgesinin bileşimi ön görülen sınırlarda tutulabilmektedir. Rayın ara kolunun kusursuz ergiti-

lebilmesi hedefine ulaşılması için, bir aralık bırakılması gerekmektedir. Kaynak formunun

sadece rayın üst kesitine kadar olan kısmı, önce cürufun akışı ile tavlanmakta, sonra sıvı AT

çeliği ile doldurulmaktadır. Son aşamada bir sıkma düzeninden yararlanılarak kaynak işlemi

tamamlanmaktadır.

2.1.5 AT Kovan Kaynağı

Bu yöntem özellikle son senelerde, elektroteknikte alüminyum halat ve çubuklardan

iletkenlerin birleştirilmesinde kullanılmaktadır. Kaynak işlemi zarflı bir kovan içinde yönlen-

dirilmekte, reaksiyon elemanlarını kovan içermektedir. Kovan alüminyum ve demir oksidin

dışında, silisyum karbür ve silisyum di oksit de içermektedir. Birleştirilecek tel veya benzeri

elemanların kaynak sıcaklığına ulaşması, kovan içerisinde meydana gelen reaksiyonlar sonra

meydana gelen ısı vasıtasıyla meydana gelmektedir. Alınların ergime sıcaklığına ulaşması

sonu, ön sıkıştırmanın etkisi ile alın bölgelerinde ortaya çıkan yığılmayla kaynak işlemi ta-

mamlanmaktadır.

Şekil 2.1.5.a AT kovan kaynağının şematik görünümü

1-birleştirilen tel örgülü halat; 2-reaksiyon elemanlarını içeren kaynak kovanı;

3-germe düzeni;

7

2.2 ELEKTİRK DİRENÇ KAYNAĞI

2.2.1 İşlemin Esası

Elektrik direnç kaynağı, elektrik akımının ısı etkisinden yararlanarak, bir kaynak dev-

resi içinde birleştirilecek metalleri direnç olarak kullanıp, basınç altında çözülmez birleştirme

haline getirme yöntemidir.

Şekil 2.2.1.a Elektrik nokta direnç kaynağında işlem aşamaları

Uygulamada ilave malzeme gerekmemektedir. Bu nedenle yöntem, uçak, taşıt, maki-

ne, küçük taşıma kabları, vb yapım dalları için rasyonellik açısından önem taşımaktadır.

Ana esasa bağlı kalmak koşulu ile elektrik direnç kaynağını 4 farklı uygulama grubuna

ayırmak mümkündür.

a) Nokta direnç kaynağı

b) Dikiş direnç kaynağı

c) Kabartılı direnç kaynağı

d) Alın direnç kaynağı

İşlemde kaynak ısısının elde edilmesi için, genellikle dalgalı akımdan yararlanılmakta,

100 kA’e kadar akım şiddeti ve 16 V’u aşmayan kaynak gerilimleri uygulanmaktadır.

2.2.1.1 Kaynak Isısı Oluşumu

Kaynak için iki elektrot arasına yerleştirilen malzeme, devreden geçirilen yüksek akım

şiddetine gösterdiği dirençle ısınmaktadır. İşlemde, temas noktalarındaki kontak direnci nede-

ni ile açığa çıkan ısıdan da yararlanılmaktadır. Yöntemde uygulanan basma kuvveti ve akım

şiddeti, işlemin ana etkenleri olarak tanımlanmaktadır.

8

Şekil 2.2.1.1.a Elektrik nokta direnç kaynağının esası

Dönüştürülen ısının tümü, kaynak noktasında oluşturulan dikişte harcanmamaktadır.

Elektrotların aşırı ısınmaya karşı, hava yada su ile soğutulması, özellikle uzun zaman aralıkla-

rında yapılan kaynak işlemlerinde ısının parça boyunca yayılması, tükenen bu ısının bileşenle-

ri olarak sayılabilmektedir.

Oluşturulan kaynak noktalarının büyüklüğü, verilen ve kaçan ısı miktarının sabit ol-

ması durumlarında bile eşit olmayabilmektedir.

Saçlar arası direnç – süre ilişkisi diyagramında görüldüğü gibi, dirençteki bu ani dü-

şüş, oluşumun ana etkeni olarak görülmektedir.

Isının üretilmesinde ve iletilmesinde, elektrot geometrisi – temas yüzeyi, saç yüzey ka-

litesi ve elektrot kuvveti işlem etkenleridir. Bunların dışında sabit ısı üretilmesinde, akım yo-

ğunluğu, kuvvet yoğunluğu ve akım geçen süre değerlerinin de sabit tutulması gerekmektedir.

Şekil 2.2.1.1.b Nokta direnç kaynağında süre – toplam direnç ilişkisi

İşlemde ısısal yönden, elektrotların biçim ve yüzey değişimlerinin, ısının üretilmesi ve

çekilmesinde büyük bir etken olduğu görülmekte, dolayısıyla elektrotlar kaçan ısı içinde, yak-

laşık %60 – 70’e varan pay sahibi olabilmektedirler.

9

2.2.1.2 Kaynak Noktasında Oluşan Elektriksel Direnç

Kaynak bölgesindeki direnci, birleştirilen malzemelerin dirençleri ile kontak noktala-

rının toplam dirençleri oluşturmaktadır. Malzemelerin dirençlerini;

a) Malzemelerin kaynak edilen bölgelerinin , imal ve hazırlanmasından

gelen fiziksel özellikler,

b) Kaynak devresindeki akımın çeşidi ve büyüklüğü,

c) Akım devresindeki sıcaklık,

Belirlemektedir. Kontakt noktalarının dirençleri ise;

Üst elektrot – parça

Parça - parça

Parça - alt elektrot

temas noktalarıdır.uygulamada elektrotların kendi dirençleri genellikle ihmal edilebilecek

boyutlarda bulunmaktadır.

Karşılaştırma açısından, saf metaller alaşımlardan daha kararlı yüksek dayanım göste-

rirlerse de, alaşım elemanlarının bileşimde yükselmesi ile özgül dirençleri ve saf durumlarına

kıyasla daha yüksek değerlere ulaşmaktadır.

Su verilmiş ve soğuk şekillendirilmiş teknik metallerde, genellikle elektriksel direnç

yükselmektedir. Bu tür işlemler uygulanmış metallerin, bilinen ısıl işlemlerle başlangıç özel-

liklerine dönüştürülmesine, çoğu kez, ihtiyaç duyulabilmektedir. Bir elektrik iletkenin direnci,

)( Ω⋅

=A

lR ρ olarak verilir

ρ : malzemenin özgül direnci (Ω.mm2/m)

l : ileticinin uzunluğu (m)

A : ileticinin kesiti (mm2)

Bu ifadenin nokta kaynağında akım geçen kesite göre yazılışı,

25022 ⋅⋅Π

⋅⋅=

dsR ρ şeklinde olur.

2s : akım yolunun uzunluğu (mm)

s : parça kalınlığı (mm)

d : akım geçen kesitin çapı (mm)

Sıcaklığın büyümesi ile metalsel malzemelerin özgül dirençleri büyümektedir. Bu ö-

zellikler kaynak devresindeki metalsel malzemeye, direncinin büyümesi şeklinde yansımakta-

dır.

10

Şekil 2.2.1.2.a Saf demirde sıcaklığa bağlı olarak özgül direncinin değişimi

Özgül direncin sıcaklığa bağlı olarak değişimini, aşağıda verilen ifadeden de hesapla-

mak mümkündür.

)]20(1[0 −+= tt αρρ

ρt : t °C’de özgül direnç (Ω.mm2/m)

ρ0 : oda sıcaklığında özgül direnç (Ω.mm2/m)

α : sıcaklık katsayısı (1/°C)

Sıcaklık artımı ile malzemelerin özgül dirençlerinde 2- 8 kat arasında bir artım görül-

mektedir.

İki metal yüzeyi basınç altında tutulduğunda, temas sınırları içinde bir çok değme nok-

talarının bulunduğu gözlenmektedir. Değme noktalarındaki değişim, değme yüklerinin etkisi

altında bulunmaktadır. Şekil değiştirme süreci içinde sürekli yeni temas noktaları oluşmakta,

bu aşamada ya plastik şekil değiştirmeler meydana gelmekte veya elastiklik sınırları arasında

bulunmaktadır. Şekil 2.2.1.2.b temas noktalarının direncinin tasarlanmasına yardım etmekte-

dir.

2.2.1.3. Kontak Direnci ve Kaynak Parametreleri

Gerçek kontak yüzeylerine elektrod kuvvetlerinin arttırılması ile kontak direncin düştüğü gö-

rülmektedir.

11

Şekil 2.2.1.3.a Elektrod kuvvetlerine bağlı olarak kontak dirençlerinin değişimleri (saç kalın-

lığı 1 mm).

Malzeme üzerinde a-yüzeylerinin eş büyüklükte olma durumunda, her bir kontak

noktasının eşit akım yoğunluğuna sahip olması gerekecektir. Uygulama koşullarında bu du-

ruma çok nadir olarak rastlanabilir. Bu nedenle, akım geçişi ile çeşitli kontakt noktalarında

farklı ısı oluşumları ortaya çıkmaktadır. İşlem aşamasında açığa çıkan ısı vasıtası ile, her bir

kontak noktasında, malzeme yumuşamakta veya ergime durumuna yakın bir duruma ulaşarak,

elektrod kuvvetine karşı daha fazla direnç gösterememektedir.

Şekil 2.2.1.3.b Elektrod kuvvetlerine bağlı olarak kontak dirençlerinin değişimleri malzeme:

x10CRNi 18.8 küre takkesi elektrod (saç kalınlığı 5 mm).

12

Şekil 2.2.1.2.c’de kontakt noktalarında ortaya çıkan dirençler ve özgül dirence bağlı malzeme

dirençleri kıyaslamalı verilmekte, ayrıca kaynak sürecinin başlangıç ve bitiş aşamalarında

sıcaklık dağılımları şematik olarak görülmektedir.

Şekil 2.2.1.3.c Kontakt ve malzeme dirençleri kıyaslaması, kaynak başlangıç-bitiş aşamala-

rında sıcaklık dağılımları (malzeme: çelik %0.1 C, kalınlık 1 mm, elektrod

temas çapı 5 mm)

Kontakt noktalarının plastik şekil değiştirme nedeniyle büyümesi, yeni kontakt yü-

zeylerinin ortaya çıkmasını sağlamaktadır. Bu oluşumlar, gerçek kontak yüzeyi Ao ın, görülen

kontak yüzeyi A-ya eş büyüklüğe gelinceye kadar devam etmektedir. Kontak direnci, kaynak

işleminin belirli bir zaman aralığında etkilidir. Bu etkililik süreci, akım geçişinin başlangıcın-

dan, birleştirilen malzemelerdeki en ince kesitin ergimesine kadar sürer.

Saçlar arasındaki kontak sirenlerinin daha küçük olması durumunda, yapılan nokta

kaynağının kusursuz olarak gerçekleşmesi mümkün olabilmektedir.

Elektrod ile saç arasındaki kontak noktasında ortaya çıkan, arzu edilmeyen miktar-

daki ısı, temas bölgesinden uzaklaştırılması amacıyla, elektroddan bir soğutma devresi ile,

sistemin dışına taşınmaktadır.

2.2.1.4. Kontak Direnci ve Üst Yüzeyin Durumu

13

Malzeme yüzeyinde bulunan oksit filmi akımın geçişine, engelliyebilecek bir büyük-

lükte, karşı koyabilmektedir. Kaynak akımının geçebilmesi ve işlevini yerine getirebilmesi

için bu film tabakasının parçalanması gerekmektedir.

Küre takkesi uç biçimli elektrod ile, yüzey büyütülme etkisi de ortaya çıktığından, bu gerçek-

leşebilmektedir. Film tabakası inceldikçe ön görülen çatlamalar daha kolay oluşmakta, dolayı-

sıyla daha kolay bir akım geçişi sağlanmaktadır.

Saçdan saça geçişte ilk kontak pürüzlülük uçlarında oluşur. Bu aşamada, oksit tabakasının

yeteli büyüklükte bir basınçla tamamıyla ezilmesi gerekmektedir.

Kalın oksit tabakaları, çok yüksek elektrod kuvveti uygulanması koşullarında da yır-

tılmadığından, bu kabuk tabakasının giderilmesi için kimyasal dağlama veya mekanik olarak

fırçalama, zımparalama yada kazıma ön işlemlerine başvurulması gerekli bulunmaktadır.

Elektrodu basınç altında tutma süresi, kaynak edilen sacın kalınlığı ve yüzey duru-

muna bağlı olarak saptanır. Nokta kaynağında, elektrod-saç arasındaki kontakt direncinde

büyük değerlere sahip olunmasında durumunda, dış zarf direncinin toplam kontak direncinde-

ki payının küçük, kontakt yüzeyinin büyük olması ön koşulu ile, güvenilir dikişler gerçekle-

şebilmektedir.

Şekil 2.2.1.4.a Kontakt direnci ve kaynak noktasının dayanımının dağlamadan sonra zamana

bağlı olarak değişimleri (malzeme: alüminyum).

14

Saçların kimyasal olarak soyulma işlemine tabi tutulmasına müteakip, kaynak için

bekleme süresinin mümkün olduğu kadar kısa tutulması gerekmektedir. Süre uzaması duru-

munda, tekrar oksidasyon oluşumu ile kontakt dirençlerinde bir yükselme görülmektedir.

2.2.2. NOKTA DİRENÇ KAYNAĞI

Nokta direnç kaynağı birleştirilen malzemeler bakımından diğer kaynak yöntemleri-

ne kıyasla, daha fazla serbestliğe sahiptir. Yöntemden yararlanılarak birçok metal ve metal

çiftlerinin, değişik biçim ve boyutlarda kusursuz olarak birleştirmek olanak dahilindedir.

Çizelge 2.2.2.a Metallerin Nokta Kaynağına Yatkınlıkları

Yöntemde direnç ısısı için akım şiddeti, elektrod biçimi ve basınç kuvveti önemli et-

kenlerdir. Uygulama, üst üste getirilen saçların bir arada sıkıştırılması ve tam elektrod kuvve-

tinin uygulanması ile akımın devreye sokulması şeklinde yapılır. Saçlar arasındaki kontakt

direnci, kısa bir zaman içinde, ısı üremesine neden olur.

Hafif metallerin, küre takkeli uç biçimli elektrodlarla nokta kaynağı uygulamaların-

da, nokta çapının en az “takke yarıçapı/25” olarak ortaya çıkması önerilmektedir.

2.2.2.1. Nokta Kaynak Makinaları

15

Radyo, televizyon, elektronik ve oyuncak sanayi gibi alanlarda tam elektronik ku-

mandalı hassas nokta kaynak makinaları gerekir. Örnek olarak 6 kVA bağlantı güçlü bir has-

sas kaynak makinası ile en yüksek sekonder devre akımı 4500 A, elektrod kuvveti 0,5-15,0

daN, kaynak süresi 0,5-4 veya 0,002-0,08 s (50 Hz) olarak verilebilir.

Yüksek güçlü kaynak makinalarında ise, kademesiz kol aralığı ayarlanabilirliği, hid-

rolik elektrod hareketi, tam elektronik kumanda ile donatımları yanında, yüksek çalışma em-

niyeti de dikkate alınmaktadır. Gelişmiş tiplerde, programlı basınç ve akım şiddetleri ile tek

ve çok impulslu kaynak işlemleri yapılmaktadır.

2.2.2.2 Elektrodlar

Nokta kaynağının kalitesinde, elektrod biçim ve özelliklerinin büyük bir etkisi gö-

rülmektedir. Uygulamalarda uygun elektrod seçilmeme koşullarında, hata oluşum eğilimide

yükselmektedir.

Elektrod biçim ve boyutları, ısıl iletkenliği, akım yoğunluğu, kontakt direnci ve kay-

nak noktası için ön görülen boyutlara göre seçilmektedir.

Uç biçimi düz elektrodla, özellikle yüzeyleri düz ve temiz çelik saçlar ile FE-

olmayan metaller için uygundur.

İyi iletken metaller ve alaşımlarının kaynağında, örnek olarak Al ve pirinç gibi, kü-

resel uç biçimli elektrodlar kullanılır.

Konik uç biçimli elektordlarla ise, okside olmuş ve yüzeyleri kavlanmış saçların

kaynağında, işlem kolaylaştırılır.

Kaynak süreci içinde, elektrodların uç biçimlerini şekil değiştirmeden koruması ge-

rekli bulunmaktadır. Yetersiz veya hatalı soğutma, elektrodların yüksek sıcaklıklara kadar

tavlanmasına neden olabilir. Bu durumda elektrod kuvvetinin de etkisi ile, uç biçimin yassı-

laşma süresi kısalmaktadır. Nokta kaynağında kullanılan elektrodlarda başlıca şu özellikler

beklenir.

1. Yüksek elektrik ve termik iletkenlik,

16

2. Yüksek mekanik dayanım, yüksek sıcaklıkta sertlik,

3. Kaynak noktasında yapışma eğiliminin olmaması,

4. Kaynak amacına uygun bir uç biçimi ve bu kısmın mutlak soğutulma emniyeti.

Şekil 2.2.2.2.a Nokta kaynağında kullanılan elektrodların uç biçimleri.

a. düz elektrod, b. küresel elektrod, c. konik elektrod, d. su soğutmalı sistem-

lerde, içden ve dışdan sıkıştırmalı, elektrod tutucuları, e. esas uç biçimlerinden,

uygulama gereksinmelerine göre uyarlanmış biçimler.

Gümüş-bakır, kamiyum-bakır ve krom-bakır esaslı elektrodlar elektrik iletkenlikle-

rinin yanında, sertlikleri ile de tanınırlar. Daha sert özelliğe sahip berilyum-bakır elektrodlar

ise, yüksek elektrik dirençli sert malzemelerin kaynağı için önerilir.

Volfram-bakır ve molibden-bakır esaslı elektrodlar, genellikle gümüş, bakır ve farklı

metal çiftlerinin birleştirilmelerinde, yüksek kaynak değerleri ile çalışılma koşullarında, seri

işlemlerde ve kabartılı direnç kaynağı uygulamalarında önerilmektedir.

2.2.2.2. Kaynak Değerleri

17

Nokta kaynağında kaynak kalitesi, elektrod malzemesi, elektrod biçimi ve akım şid-

detinin dışında, kaynak süresi ile elektrod kuvvetine de bağlı olarak ortaya çıkmaktadır.

Gerekli kaynak süresinin (akım geçen süre) saptanmasında, birleştirilen saç kalınlığı

esas alınarak aşağıdaki ifadeden yararlanmak mümkün görülmektedir.

tk = 10 . S

tk : akım geçen süre (period)

S : birim saç kalınlığı (mm)

Bir kaynak sisteminde, sekonder devredeki toplam direnç ve sekonder gerlim, akoım

şiddetinin yüksekliğini belirler. İşlemde yararlanılan efektif akım, ayrıca birleştirilen malzeme

ve yan devre kayıplarına da bağlıdır.

Nokta veya dikiş kaynak makinalarında, kol açıklığı ile kol aralıkları, pencere boş-

luğu olarak adlandırılan bir etkeni de tanımlanmaktadır. Bu etken, sekonder devrenin görünür

direncine etkilemektedir. Eş kaynak değerleri ile çalışılma koşullarında, bu çerçevenin büyü-

tülmesi ile, görünen direnç artarak kaynak akım ve makinasının gücü küçülmüş olmaktadır.

Yan akım devreleri, bir çok nedenlerden akımın kararlılığına etkileyerek, kaynak ka-

litesine olumsuz yönde yansımaktadır. Seri yapılan nokta kaynağında, yan devrenin etkisi ile

kaynak notası çapının küçülmesi ortaya çıkmaktadır. Yan devre oluşumu, genellikle hatalı

elektrod seçimi, uygun olmayan tutucular düzenlemesi, birleştirme konstrüksiyonu ve işlemin

yapılış şekli gibi nedenlere dayanmaktadır.

Nokta kaynağı uygulamasında işlem için kaynak süresi, akım geçen süre olarak ta-

nımlanmaktadır. Bu sürenin seçiminde ise, birleştirilen malzemenin kalınlığı ve çeşidi esas

alınmaktadır. Malzemede ısı gecikmesinden sakınmak için, sürekli ve kısa kaynak süresi ile

çalışılması gerekmektedir.

Kaynak işlemine bağlı olarak uygun elektrod kuvvetleri uygulanmak sureti ile ergi-

miş metal çekirdeği düzgünleştirilmektedir. Bu durum kaynak noktasına, mekanik dayanımın

artması ve oluşabilecek kofulların ortadan kaldırılması şeklinde yansımaktadır.

18

Bir birleştirme için elektroda uygulanacak kuvvetin seçiminde, malzeme çeşidi ka-

lınlığı, elektord uç biçimi ve temas noktası çapı, göz önünde tutulur. Elektrod kuvveti, açığa

çıkan ısı açısından, kontakt direncine ve dolayısıyla oluşan kaynak noktasına etkilemektedir.

Dikiş kalitesinde kararlılığın sağlanması için donatımlarda ortaya çıkabilecek büyük titreşim-

lerden sakınmak gerekmektedir.

Uygulamalarda kaynak parametrelerinin, işlem süreci içinde, devreye sokuluş sırala-

rı ve şiddetlerinde yapılan değişikler ile malzeme ve kalınlıklar yönteme daha yatkın duruma

getirilebilmektedir.

Şekil 2.2.2.3.a. a. Tek impulslu kayna (akım şiddeti ve elektrod kuvveti sabit),

b. Çok impulslu kaynak (3 impulslu artan akım şiddeti ve elktrod kuv-

veti),

c. Akım şiddeti ve elektrod kuvveti programlanmış kaynak.

2.2.3. DİRENÇ DİKİŞ KAYNAĞI

Direnç dikiş kaynağı, dönel elektrodlarla gerçekleştirilen, seri bir nokta kaynağı ola-

rak tanımlanabilir. İnce saçlardan yapımlarda, sızdırmazlık koşulunu da sağlaması nedeni ile,

karoseri yapımında konserve yapımından konserve kaplarına kadar uygulama alanlarına sahip

bulunmaktadır.

19

Bu yöntemde dönel elektrodlar, akım geçişi ve uygulanan kuvveti iletmesinin dışın-

da, birleştirilen malzemenin ilerlemesini de sağlamaktadırlar. Çelik esaslı malzemelerin kay-

nağında, dönel elektrodlardan bir tanesinin döndürülmesi yeterlidir. Diğeri ise sürtünme etkisi

ile döner. Fe olmayan metallerin kaynağında, kaymalardan sakınmak için, her iki

elektrodunda döndürülmesi gerekmektedir. Kaçınılmaz yan devre etkisi nedeni ile, kaynak

edilebilir parça kalınlıkları, nokta direnç kaynağına kıyasla daha ince olmaktadır. Örnek ola-

rak yüksek güçlü kaynak makinası kullanılsa bile, çeliklerin birleştirilmesinde, 4 mm’nin üs-

tündeki uygulamalarda başarılı olunamamaktadır.

Yufkaç ile yapılan dikiş kaynağında farklı üç uygulama türü bulunmaktadır.

. sürekli akımla dikiş kaynağı,

. kesintili akımla dikiş kaynağı

. kademeli, gidiş-dönüş esasına göre dikiş kaynağı.

Akım kesilmesi olmadan ve sabit akım şiddeti ile dikiş kaynağı, sadece temiz saçla-

rın, 1 mm’ye kadar toplam kalınlıklarında uygulanır. Eşit olmayan malzeme kalınlıklarında,

akım kesilmesi tehlikesi oluşacağından, dikişlerde kavrulma delikcikleri ortaya çıkabilmekte-

dir.

Kesintili akımla dikiş kaynağı ile çeşitli malzemeler birleştirilmekte, uygulamada

yufkaçlar sabit çevre hızına sahip bulunmaktadır. Temiz olmayan yüzeylerin kaynağında da

iyi sonuçlar elde edilebilmektedir. Bu tür işlemde akım devreden periyodik olarak geçirilmek-

tedir.

Şekil 2.2.3.. Yufkaçlı dikiş kaynağının esası

Dikiş direnç kaynağında elde edilen dikişin genişliği ile kullanılan yufkacın temas

yüzeyi genişliği arasında yaklaşık olarak,

L = b + 1 (mm) ilişkisi bulunmaktadır.

20

L : yufkaç genişliği (mm) , b : dikiş genişliği (mm)

2.2.3.1. Yufkaç Elektrodlar

Yufkaç elektrodlardan beklenen özellikler de, nokta kaynağında kullanılan

elektrodlardan beklenen özelliklerin benzeridir. Malzemeleri bakır, bakır-kadmiyum, bakır-

krom, bakır-kobalt-berilyum alaşımlarıdır. Bu malzemelerin sertlikleri arttıkça, elektriksel

dirençleri de büyümektedir.

İşlemlerde, yufkaç elektrodların temas profillerinin birleştirilecek konstrüksiyona

göre seçilmesi gerekmektedir. Formların seçilişlerinde, nokta kaynağında olduğu gibi, mal-

zeme yüzey durumu, kalınlığı ve elektrik iletkenliği dikkate alınmaktadır.

Yufkaçlarda genel olarak 50-500 (800) mm çap aralığında imal edilmekte, yaygın

olarka ise 250, 300, 350 mm çaplar kullanılmaktadır. Yufkaç kalınlıklarının seçimleri ise, 3

mm’den ince olmamak koşulu ile kaynak edilecek saçlar dikkate alınarak yapılmaktadır.

2.2.3.2. Kaynak Değerleri

Dönel yufkaçlarla nokta kaynağı uygulamasında, noktalar arası “e” aralığı için işlem

hızı ve frekans bir faktör olarak el alınmamakadır.

6021000

⋅⋅⋅

=f

ve k (mm)

vk : kaynak hızı (m/dak) , f : frekans (Hz)

Bu ifadenin aralıksız noktalar oluşturulmasında, dikiş kaynağı yapılmasında, bir an-

lamı bulunmamaktadır. Dönel yufkaçlarla yapılan nokta kaynağında, normal elektrodla yapı-

lan kaynağına kıyasla, daha yüksek çalışma hızlarına ulaşılmaktadır.

21

Şekil 2.2.3.3.a a. uzunlamasına ve dönel dikiş çekebilen kaynak makinası

b. dönel dikiş

c. uzunlamasına dikiş

Direnç dikiş kaynak makinaları, esas olarak nokta direnç kaynak makinalarının ben-

zeridir. Normal bir nokta kaynak makinası bu amaçla kullanılabilir. Bu makinalar yıfkaç

elektrodların tertiplenmesine gçre, uzunlamasına dikiş çekebilen, enine dikiş çekebilen ve

özel maksatlı kaynak makinaları olarak tanımlanabilir. Uzunlamasına dikiş çekebilen

makinalarda, dikişin doğrultusu elektrod kolu boyuncadır. Enine dikişli kaynak makinalarında

yufkaçlar, elektrod kollarının eksenine enli olarak tertiplenir ve bu düzenleme dönel dikişler-

de uygulanır.

2.2.3.4. Dikiş Direnç Kaynağında Dikiş Biçimleri

Uygulamalarda, dikiş güveni yönünden değişik bindirme biçimlerinden yararlanıl-

maktadır. Bindirme boyu 5 s olduğunda malzeme dayanımının %90-100’üne

ulaşılabilinmektedir. Daha az güven gereken uygulamalarda, bindirme aralıkları daha kısa

tutulabilirsede, kaynak hatası oluşum ihtimalini azaltmak için, “s” kalınlığının altına inilme-

mesi gerekir. Bu biçim (b), yufkaç kalınlığı da dikkate alınarak, toplam kalınlık 1.2 mm’ye

kadar uygulanaır. Bu tür oluşturulan dikişlerde dayanım, ana malzemeden yaklaşık %5-15

daha az olarak ortaya çıkmaktadır.

Alın birleştirmelerinde (c), alın yüzeylerinin çok iyi bir ön hazırlama işlemine tabi

tutulmuş olması gereklidir. En iyi şartlarda ana malzemenin %60’ı kadar bir dayanıma ula-

şılmaktadır.

İlave telle yapılan kaynak uygulamasında (d), sonuç işlemin yapılışı açısından her

durumda önerilmez. İşlem sonu saçlar kısmen kaynak edilmiş olmaktadırlar.

22

Kaçık alın birleştirmeli dikişlerle (e) her ne kadar iyi dayanım değerlerine ulaşırlarsada, ön

hazırlama işlemlerinin fazlalığının maliyete yansıması nedeni ile her durumda başvurulma-

maktadır.

2.3.4. Dikiş Direnç Kaynağında Dikiş Biçimleri

Uygulamalarda, dikiş güveni yönünden değişik bindirme biçimlerinden yararlanılmak-

tadır. Bindirme boyu 5s olduğunda malzeme dayanımının %90-100’üne ulaşılabilmektedir.

Daha az güven gereken uygulamalarda, bindirme aralıkları daha kısa tutulabilirse de kaynak

hatası oluşum ihtimalini azaltmak için, “s” kalınlığının altına inilmemesi gerekir. Bu biçim

(b), yufkaç kalınlığı da dikkate alınarak, toplam kalınlık 1,2 mm’ye kadar uygulanır. Bu tür

oluşturulan dikişlerde dayanım, ana malzemeden yaklaşık % 5-15 daha az olarak ortaya çık-

maktadır.

Alın birleştirilmelerinde (c), alın yüzeylerinin çok iyi bir ön hazırlama işlemine tabi

tutulmuş olması gereklidir. En iyi şartlarda ana malzemenin % 60’ı kadar bir ayanıma ulaş-

maktadır. İlave telle yapılan kaynak uygulamasında (d), sonuç ve işlemin yapılışı açısından

her durumda önerilmez. İşle sonu saçlar kısmen kaynak edilmiş olmaktadırlar.

Kaçık alın birleştirmeli dikişlerle (e), her ne kadar iyi dayanım değerlerine ulaşılırsa

da ön hazırlama işlemlerinin fazlalığının maliyete yansıması nedeni ile her durumda başvu-

rulmamaktadır.

Şekil 2.2.3.4.a dikiş biçimleri; a. bindirme dikiş, b. kısa bindirmeli dikiş, c. alın dikişi,

d. tel ilaveli alın dikişi, e. çapraz alın dikişi, f. folie ilaveli alın dikişi.

Folie ilaveli malzemesi ile yapılan alın dikişlerine ise yüksek dayanım ve iyi bir dış

görünüm elde edilmektedir. Uygulamaya genellikle alaşımsız ve alaşımlı çeliklerin birleşti-

rilmelerinde başvurulmaktadır. İşlemde alın alına getirilen ana malzemelerin iş kalınlıkta

23

olmaları ön şart olarak gerekli bulunmaktadır. Birleştirilmesi ön görülen saç kalınlıklarına

bağlı uygun band kalınlıkları aşağıda verilmektedir.

Saç Kalınlığı

(mm) Folie Band Kalınlığı

(mm) 0.6 – 0.2 0.20 1.5 – 3.5 0.35 3.0 – 5.0 0.50

2.2.4 KABARTILI DİRENÇ KAYNAĞI

Kabartılı direnç kaynağı, seri imalat yöntemi için ekonomik bir birleştirme yöntemidir.

Uygulamadan yararlanılarak, çoğunlukla sac malzemelerin, tek işlemde iki veya daha çok

noktasının birleştirilmesi gerçekleştirilebilmektedir. Yöntemde kaynak akımı, oluşturulan

çıkıntılardan aktığından, kaynak belirli bir kısım olarak sınırlandırılmış olmaktadır.

Şekil 2.2.4.a Kabartıl kaynak işleminin esası. a. düz elektrot düzenlemeli,

b. nokta sayısı kadar elektrot düzenlemeli, c. işlemin yapılışı, kaynaktan önce ve sonra.

2.2.4.1. Kaynak Değerleri

Kabartılı kaynak uygulamasında verilen değerlerden kesin bir yargıya varılmaması

gerekmektedir. Çalışma değerleri kabartılı biçimi, boyutları ve sayısına bağlı bulunmaktadır.

Cetvel 2.2.4.1.a Kabartılı Kaynak İçin Çalışma Değerleri

Alaşımsız Çelikler Kabartı Boyutları (mm)

s D H l Kuvvet (daN)

Akım şiddeti

(A)

Kaynak süresi

(s)

Kaynak noktası (mm)

0,5 1,75 0,5 4,0 115 4800 0,16 3,5 1,0 3,0 0,7 7,0 230 8000 0,26 4,5 1,5 4,0 0,9 9,5 350 11000 0,36 5,7 2,0 4,75 1,0 11,0 465 13000 0,42 7,0

24

2,5 5,5 1,0 12,5 580 14500 0,46 9,0 3,0 7,0 1,5 17,5 700 16500 0,48 11,0

Paslanmaz Çelikler 0,5 1,75 0,5 4,0 200 4000 0,16 3,5 1,0 3,0 0,7 7,0 400 6600 0,26 4,5 1,5 4,0 0,9 9,5 600 9000 0,36 5,7 2,0 4,75 1,0 11,0 800 11000 0,42 7,0 2,5 5,5 1,0 12,5 1000 12500 0,46 9,0 3,0 7,0 1,5 17,5 1200 14000 0,48 11,0

2.2.4.1. Kabartılı Direnç Kaynağı İçin Kaynak Makinaları İşlem, bütün çıkıntıların aynı elektrot basıncı ile tutulması ve bunun elektrotun tek

hareketi ile sağlanması esasına dayanmaktadır. Bu koşul, kullanılan kaynak makinasının dik

baskı yüzeyinin tam çıkışması ile sağlanabilir. Bu nedenle kabartılı kaynak makinaları elekt-

rot kolları yerine, büyük bir baskı yüzeyi ve buna basınç iletici elemanlar ile donatılmıştır.

Kabartı yüksekliklerindeki küçük farklılıklar, piston ve basınç yüzeyi arasına yerleştirilmiş,

bir ara parça ile dengelenmektedir.

Şekil 2.2.4.2. Kabartılı direnç kaynak makinası (kaynak presi)

2.2.4. ALIN DİRENÇ KAYNAĞI

Elektrik alın direnç kaynağında, kabartılı kaynakta olduğu gibi, parçanın toplam temas

yüzeyinden akım geçirilerek bu kısım kaynak sıcaklığına getirilmektedir. Bu uygulamada,

elektrot olarak tanımlanan elemanlar, parçaları tamamen veya kısmen kuşatmaktadır. Bu ger-

me elemanlarının tipini, kaynak yapılacak parçanın şekli, büyüklüğü ve bileşimleri belirle-

mektedir. Bağlantı elemanları iş parçasının şişme doğrultusuna doğru hareketli olarak düzen-

lenmektedir. Bu elemanların işlevleri aşağıda belirtilmektedir.

25

1. Kaynak işlemi esnasında parçaları tam ölçülerinde tutmak,

2. Kaynak akımını parçalara iletmek,

3. Parçalara yığma (şişirme) kuvvetini iletmek

Şekil 2.2.5.a Elektrik alın direnç kaynağı esası

Elektrik direnç alın kaynağı; kaynak dikişinin oluşum mekanizması bakımından, alın yığma

kaynağı olarak iki kısımda incelenebilir.

2.2.5.1 Alın Yığma Kaynağı

Bu uygulama pres alın kaynağı olarak da adlandırılmaktadır. Yöntem, basit geometrik

kesitli, düşük C lu çeliklerin, 200 mm2’ye kadar yüzeylerinin birleştirilmesinde uygulanmak-

tadır. Yöntemden Fe olmayan metallerin birleştirilmesinde de yararlanılmaktadır.

İşlem, iş parçalarının alın yüzeylerinin temizlenmesi ve paralel konumda, alın alına sı-

kıştırılması ile başlamakta, relatif kontak noktalarının arttırılması aşamasından sonra, kaynak

akımı devreye sokulmaktadır. Kontakt direnci ve kaynak akımının beraberce etkisinden, te-

mas yüzeylerinde büyük bir ısı oluşmaktadır. Kaynak bölgesindeki sıcaklığın 850-1250 °C’a

ulaşması sonrası, etki ettirilen yığma kuvveti ile birleştirme tamamlanmaktadır.

26

2.2.5.1.a. Alın yığma ve yakma direnç kaynağı sonu parça dış görünümleri.

a. çeliğin alın yığma kaynağı ile birleştirilmesi

b. Fe olmayan metalin alın yığma kaynağı ile birleştirilmesi

c. Alın yakma kaynağında dış görünüm.

2.2.5.2. Alın Yakma Kaynağı

Birleştirme uygulamalarında, alın yakma kaynağından, alın yığma kaynağına kıyasla

daha fazla yararlanılmaktadır. Bu yöntemde çok büyük kesitlerin birleştirilmesine yatkın bu-

lunmamaktadır.

Bu yöntemin en önemli üstün yönü, birleştirilecek yüzeyler için özel bir hazırlama

işlemine gerek bulunmaması ve yüzeyin her birim alanının kaynak edilebilme imkanının bu-

lunmasıdır. Bu özellik nedeni ile, homojen ve dayanım güvenirliği yüksek birleştirmeler elde

edilebilmektedir.

Şekil 2.2.5.2.a Alın yakma kaynağı ile birleştirilmiş parça örnekleri

1.boru-ince saç birleştirilmesi, 2.çelik çekme boru birleştirilmesi, 3.küçük tip

bütan gazı imalı

27

Alın yakma kaynağı, direkt yakma kaynağı, soğuk yakma kaynağı olarakta adlandı-

rılmaktadır ve ön ısıtmalı alın yakma kaynağı olarak farklı iki şekilde uygulanmaktadır.

Soğuk alın yakma kaynağında, yakma ve yığma işlemleri bir arada yapılmaktadır.

Bu özellik, özellikle relatif küçük kesit ve çevre uzunluklarına sahip yüzey birleştirilmelerin-

de uygun görülmektedir. Dönel ve benzer kesitler, çelikler, hafif metaller, prinç ve bronz gib

alaşımlarda yaklaşık 300 mm2’ye kadar kesitler, bu tür birleştirme için uygun görülmektedir.

Daha büyük kesitlerin kaynağında, ön ısıtmalı alın yakma kaynağı uygulamasından

yararlanılmaktadır.

Bu tür uygulamada, parçalar yakma aşamasından önce, direnç esasından yararlanıla-

rak bir ön tavlama işlemine tabi tutulmaktadırlar. Yeter derecede bir ön tavlama sonrası, par-

çalar elle kumandalı makinalarda basınç altında tutulmakta, bu aşamada yanma olayını da

sağlayacak kaynak akımı defalarca devreye sokulmaktadır. Kesite bağlı olarak 0,5-1,0 s’lik

periyodlarda, bu işlem 5-20 kez tekrarlanmaktadır.

2.3 GAZ BASINCI KAYNAĞI

Gaz basınç kaynağı diğer basınç kaynağı uygulamaları ile kıyaslandığında daha az

tercih edildiği görülür. Bu uygulamada kaynak edilecek parçaların ısıtılması gereklidir. Fakat

ısıtma işlemi bilindiği gibi diğer basınç kaynağı uygulamalarında farklı yollarla sağlanır ve

parçada mahalli bir ısıtma yapıldıktan sonra basınç ile parçalar birleştirilir. Uygulanan basınç

için daha önceden hazırlanmış hidrolik veya pnömatik germe düzenekleri vardır.

Gaz basınç kaynağı uygulamasında parçaların birleştirilmeden önce kaynak yüzeyle-

ri bir yanıcı gaz ve oksijen karışımıyla ısıtılır. Daha sonra parçalar uygulanan basınç vasıta-

sıyla birleştirilir.

Gaz basınç kaynağı uygulaması kaynak endüstrisinde kullanım alanı yok denecek kadar az

olan bir uygulamadır.

2.3. ELEKTRİK ARK BASINÇ KAYNAĞI

28

İşlemlerde kaynak ısısı, elektrik direnç veya elektrik ark esaslarına göre yada her i-

kisinden de yararlanılarak üretilmektedir.

Uygulamaya, şekil 2.4’de örnekleri görüldüğü gibi, saplama veya benzeri pim, vida,

perçin gibi metalsel elemanların, metalsel saç veya parçalara birleştirilmelerinde başvurul-

maktadır.

Şekil 2.4 Saplama kaynağı ile birleştirilmeye uygun elemanlar ve birleştirilme örnekleri.

Bu tür birleştirmelere taşıma kapları, kazan, taşıt, gemi, ziraat makinaları gibi ya-

pımlarla, kimya, elektronik endüstri kollarında ve çelik konstrüksiyonların oluşturulmasında

yaygın olarak rastlanmaktadır. Yöntem, özellikle buhar kazanları ve gemi yapımlarında, seri

olarak yapılabilmesi ve çalışma kolaylıkları özelliklerinden kullanılmaya çok yatkın bulun-

maktadır.

İşlemin uygulamalarını, direnç ve ark esaslı olarak iki ana grupta incelemek müm-

kündür.

2.4.1. ELEKTRİK DİRENÇ SAPLAMA KAYNAĞI

İşlem, özel biçimli bir kabartılı direnç kaynağı olarak ta tanımlanabilir. Uygulamada

kabartı, seyrek olarak saç üzerine, genellikle saplama ucunda düzenlenmektedir.

Kaynak için, saplama ve saç ön bir basınçla elektrodlar arasında sıkıştırılır.

29

Belirli bir “akım süresi” uygulanarak, son basınç periyodu ile işlem tamamlanır. Bir-

leşme bölgesinde oluşturulan boğum büyüklüğünün ana etkeni, uygulanan basınç olmaktadır.

Şekil 2.4.1.a. Elektrik Direnç esaslı saplama kaynağı.

Yöntem 30-35 mm saplama çaplarına kadar uygulanabilirsede, pratikte genellikle 15

mm’ye kadar çaplar için yöntemden yararlanılmaktadır.

İşlemlerde, saplama / saç kalınlığı ≥ 3 / 1

oranın korunması ile sorunsuz birleştirmeler gerçekleştirilebilinmektedir.

Kaynak için, hafif ve orta güçlü nokta direnç kaynak makinaları veya kaynak presle-

rinden yararlanılabilir. Basınç etkilendirilmesi, kısa kalın saplamalara elektrodlar arası bağla-

ma ile uzun ince saplamalara ise özel germe düzenleri (eksantrik veya pnömatik) yardımı ile

yapılmaktadır.

Şekil 2.4.1.b Saplama kaynağı kaynak bölgesi (kaynak boğumu)

30

Basınç ve akım iletici elemanlar olan elektrodların çapları, saplama çaplarından bir-

kaç mm büyük tutulması gerekmektedir. Elektrodların malzemesi, CuCr, CuCrZr veya

CuCoBe esaslı olarak seçilmektedir.

İşlemler, 40-80 N/mm2 basınç ve 150-400 A/mm2 akım yoğunluğu aralıklarındaki

koşullarda yarı, tam mekanik veya otomatik olarak gerçekleştirilmekte, birleştirilmenin daya-

nım özellikleri, kaynak bölgesinin biçimine, ön hazırlık şekline ve müsaade edilen boğum

oluşumuna bağlı olarak çıkmaktadır.

2.4.2. ELEKTRİK ARK SAPLAMA KAYNAĞI

Elektrik arkından kaynak ısısı olarak faydalanılarak gerçekleştirilen saplama kayna-

ğında, arkın tutuşturulması, arkın uzunluğu ve devam süresi, saplamaya parça yönünde basınç

iletilmesi gibi işlem içi olaylar, uygulamalara karakteristik özellikler kazandırmaktadır. Bun-

lardan özellikle arkın tutuşturulma çeşitleri, türev yöntemlerin adlandırılmasında da kullanıl-

maktadır.

2.4.2.1. Çekerek Ark Oluşturma

Uygulama, Nelson ve Cyc-Arc yöntemi olarak da adlandırılmaktadır. Kaynak işle-

mi, kısa devre-arkı tutuşturma-saplama ucu ile parçada yüzeysel ergitmeye ulaşma akımı

kesme-saplamaya basınç iletme aşamaları tamamlanmaktadır.

İşlemin karakteristik bir elemanı olan, saplama ile parça arasındaki seramik bilezik,

arkı yoğun duruma getirme, belirli oranda arkı koruma, sıvı kısmın katılaşması aşamasında

da, bir nevi kalıp işlevlerini yerine getirmektedir.

31

2.4.2.1.a. Çekerek arkı oluşturma esaslı saplama kaynağı için gerekli donatım şeması.

Yöntem, çelik saplamalar için 2.25 mm Ø, Al saplamalar için (koruyucu Ar gazı yardımı ile)

6-12 mm Ø’larda doğru akım uygulanarak,

I (A) ≈ 80 . dsap. Ø (mm)

tsüre (s) = (0,02 – 0,04) . dsap. Ø (mm)

Pyüzey ≤ 10 (N/mm2)

koşullarında gerçekleştirilmektedir.

Saplama kaynağı için gerekli donatım, saplama tutuculu (kaynak tabancası) bir çek-

me düzeni (çekme magnetik-basma kam ile), kumanda cihazı (akım-süre-basınç ayarlama) ve

doğru akım membaından (hafif düşen karakteristikli redresör veya jeneratör-boşta çalışma

gerilimi 65-95 V) oluşmaktadır.

Uygulamalarda saplama çapına bağlı olarak, yarı mekanik sistemlerde 10 par/dak,

tam mekanik sistemlerde 20 par/dak hızlara kadar ulaşılmaktadır. Sabit olarak düzenlenmiş

otomatik sistemler ile ise, daha yüksek hızlarda birleştirmeler yapılabilmektedir.

Kısa devre - çekerek arkı tutuşturma esaslı saplama kaynağı, genellikle alaşımsız çe-

liklerin birleştirilmesinde uygulanır. Asit, ısı ve ateşe dayanıklı paslanmaz çeliklerin kayna-

ğında da bu yöntemden yararlanılmaktadır.

Kaynak süresinin kısa oluşu, ana parçada yüzeysel bir ergime bölgesi oluşturmakta-

dır. Bu özellik, relatif ince saclara da, uygulanabilme olanağı doğurmaktadır.

2.4.2.2. Kaynak Kovanı İle Ark Oluşturma

Uygulamada, saplama ile parça arasına yerleştirilen, özel biçimli bir halka yardımı

ile ark oluşturulmaktadır. İşlem Philips yöntemi olarakta adlandırılmaktadır. Kaynak kovanı

olarak adlandırılan bu ara eleman üzerinden hızla, yükselerek geçirilen akım, oluşturduğu

direnç ısısı ile havayı iyonize etmekte, arkı tutuşturarak kararlı olmasını sağlamaktadır. Ko-

vanın, kaynak süresini ayarlaması işlevinin dışında, saplamaya basınç uygulanması aşamasın-

da, kaynak boğumunun biçimini vermesi yönünden de etkinliği bulunmaktadır.

32

Uygulama ile alaşımsız, düşük alaşımlı ve paslanmaz çeliklerden saplamaların kay-

nağı, kusursuz olarak gerçekleştirilmektedir.

Kaynak işlemi (akım geçen süre(, çok kısa sürdüğünden (yaklaşık 1-2 saniye) ana parçadan

yüzeysel bir bölge ergimektedir. Bir birleştirmede, yeterli güvenin sağlanması açısından, sap-

lama/saç kalınlık oranının 4/1 üstüne çıkmaması, gerekli bulunmaktadır.

2.4.2.3 Özel Uç Formu İle Ark Oluşturma

Yöntem, kondansatörden akım boşaltılması ile ark oluşturulması esasına dayanmak-

tadır. Bu oluşum için saplama uç kısımlarının, özel bir biçimde verilerek, hazırlanmış olması

gerekmektedir.

Şekil 2.4.2.3.a Özel uç formu ile ark oluşum, donatım şeması.

Ana parça ve saplamanın uç kısmında, yüzeysel bir ergime oluşumu aşaması sonrası,

saplama ucunun daldırılması ile işlem tamamlanmaktadır.

Kaynak işlemi, kondansatörden çok yüksek akımın (7000-8000 A) çok kısa bir süre-

de boşaltılması esasına dayandığından, çok kısa sürmektedir.

33

Şekil 2.4.2.3.b Kaynak işleminde aşamalar.

a. saplama ve parçanın işlem öncesi konumu, kondansatören akım boşalması ile birlikte sap-

lamanın parça yönüne doğru hareketi, b. saplama ucunun temas etmesi ile uçta ergime başla-

ması ve ark oluşumu, c. arkın saplama yüzeyine yayılması, saplamanın parçaya yaklaşımı ile

ark boyunun kısalması yüzeyine yayılması, saplamanın parçaya yaklaşımı ile ark boyunun

kısalması, d.saplama alın yüzeyinin parçaya teması akımın kesilmesi, kaynak bölgesinin katı-

laşması.

İşlemlerde, ısının yoğun kullanımı etkisine rağmen, sürenin kısa olması nedeni ile

saplama malzemesinden çok az bir oranda ergime ortaya çıkabilmektedir. Saplamanın ana

parça ergiyik bölgesine daldırılması ile saplama çevresinde halka şeklinde bir malzeme yığıl-

ması (püskürmesi) oluşmaktadır. Kısa kaynak süreleri nedeni ile kaynak bölgesi ancak 0,1

mm olarak gelişebilmekte, ergiyik paylarının tam karışabilmesi mümkün olamamaktadır. Bu

durum, birbiri ile kaynak yatkınlığına sahip olmayan malzeme kombinezonlarının kaynak

edilebilmesi olanağını doğurmaktadır.

Uygulamada, tüketilen toplam ısının düşük olma etkisi, saplama ve benzeri eleman-

ların ince saç, yüzeyleri metalsel veya plastik kaplı malzemelere kusursuz birleştirilebilme

eğilimlerini arttırmaktadır.

2.5 SÜRTÜNME KAYNAĞI

2.5.1 Sürtünme Kaynağının Tarifi ve Prensibi

Sürtünme kaynağı bir tür basınç kaynağıdır. Malzemenin eritilmeden, sürtünme ısısı

ile plastik deformasyona uğratılarak kaynaklandığı bir usuldür.

Sürtünme ısısının meydana gelebilmesi için parçalardan en az birisinin hareket etti-

rilmesi gerekir. Bu hareket dönem şeklinde olabileceği gibi doğrusalda olabilir. Her iki hare-

ket türünün meydana getirilmesinde kaynaklanacak parçaların biri veya her ikiside hareketli

olabilir. Şekil 2.5.1.a’da görüldüğü üzere parçalardan bir tanesi dönmekte diğeri ise sabit

kalmaktadır. Fakat parçaların her ikisininde hareketli olduğu uygulamalarda vardır. Ayrıca

34

parçaların her ikisinin hareketi de sözkonusu olabilmekte ve yüzeysel deformasyon sağlana-

bilmektedir.

2.5.1.a Sürtünme kaynağında parçaların hareket türleri.

2.5.2 Sürtünme Kaynağı Çeşitleri

2.5.2.1.a Sürekli Tahrikle Sürtünme Kaynağı

Kaynak üzerinde devir sayısı, sürtünme kuvveti ve süresi malzemenin bileşiminin

etkisi vardır. Yukarıda da belirtildiği gibi devir sayısı fazla olduğu durumlarda parçaların yü-

zeyleri birbirine daha fazla temas edecek ve dolayısıyla sürtünme ısısı artacak yüzeysel de-

formasyon daha üst seviyelerde olacaktır. Fakat parçaların çok yüksek devirlerde dönmesi

çoğu zaman tavsiye edilmeyen bir uygulama olmaktadır.

2.5.2.2 Volan Tahrikli Sürtünme Kaynağı

35

Bu usulde; dönen bir volanda depolanmış dönme enerjisinin sürtünme kaynağı işle-

minin self frenlenmesiyle parçaya iletilmesiyle kaynak yapılır. Aşağıdaki şekilde prensibi

görülen bu usulde; kaynak işlemin başındaki devir sayısı volanın kütlesi yığılma basınç ve

süresi etkin rol oynar.

2.5.2.2.a Volan Tahrikli Sürtünme Kaynağı

Yukarıda gösterilen şekildeki (2.5.3.2.a) kaynak donanımında mevcut olan parçalar ve işlevle-

ri şöyledir;

1-) Tahrik motoru 2-) Değiştirilebilir volan 3-a-) Dönen parçanın bağlandığı ayna 3-b-) Sabit

parça aynası 4-a-) Dönen iş parçası 4-b-) Sabit iş parçası 5-) Yığma silindiri

Bu iki sistem arasında en belirgin fark; frenleme prensibinden gelmektedir. Normal

sürtünme kaynak tezgahlarının ters akımlı elektrik motoru veya kavrama tertibatlı fren düzen-

lerine sahip olmalarına karşılık; volanlı olanlarda frenleme doğrudan doğruya sürtünme gücü

ile gerçekleştirilmektedir.

2.5.4 Uygulama Alanları

Sürtünme kaynağı uygulaması değişik biçimlerde olan parçaların birleşecek yüzey-

lerin dönel simetrik olması koşulu ile sınırlandırılmıştır. Yöntem bir çok ülkede çeşitli imalat

ve onarım birleştirmelerinde işleme takımları, pim, mil, dingil, iğ gibi elemanların imalinde

silindirik eleman ve boruların birleştirilmelerinde uygulanmaktadır.

36

Yöntem kaplama amaçlı kaynak uygulamasına da yatkın bulunmaktadır.

Şekil 2.5.4.a Sürtünme kaynağı ile malzeme kaplama

2.6 SOĞUK BASINÇ KAYNAĞI

Soğuk baskı kaynağında birleşme mekanizması üzerine iki hipotez ortaya atılmıştır.

a. Birleşme difüzyon ile olur.

b. Birleşme atomlararası kuvvetlerin tesir ile olur.

Ancak yapılan araştırmalar buradaki birleşme olayının atomlararası kuvvetler ile

gerçekleştiğini göstermektedir. Çünkü burada birleşme kendiliğinden olur ve zamana bağlı

değildir. Bu kaynak şeklinde yüzey büyümesinin mukavemeti arttırması ikinci hipotezi des-

tekleyen diğer bir unsurdur. Çünkü maksimum mukavemet için kaynamanın başlamasından

itibaren %15’den %25e kadar bir yüzey büyümesi gereklidir. Ayrıca soğuk baskı kaynağında-

ki sıcaklığın kendine gelme sıcaklığından çok düşük oluşu (-273°C’a kadar) ve birbiri içinde

çok az hatta hiç erimeyen malzemelerin kaynatılabilmesi de ikinci hipotezi kuvvetlendirmek-

tedir.

37

Şekil 2.6.1 Al il Fe’nin soğuk baskı kaynağı ile birleştirilmesinin şematik gösterilişi.

Soğuk baskı kaynağı esnasında kaynama için hazırlanmış yüzeylerdeki atomlar, ka-

feslerdeki atomlararası mesafe kadar yaklaştırılır. Bu yaklaştırma serbest elektronlar ve iyon-

ların karşılıklı tesirlerini doğurur. Neticede aradaki potansiyel engeller yokedilir ve birleşme

yüzeylerindeki atomlar ortak elektronlara sahip olurlar. Böylece birleşme bölgesinde sabit bir

metalik bağ ortaya çıkmış olur.

Soğuk baskı kaynağında tüm kaynak şekillerindeki gibi iyi bir birleşme için kaynatı-

lacak yüzeylerin kir, yağ ve oksitli olmaması gerekir. Pratikte oksitsiz bir yüzey elde etmek

güçtür. Çünkü yüzey temizlendikten kısa bir zaman sonra az da olsa oksit tekrar teşekkül e-

der. Bu oksit tabakası kaynak esnasında birleşme yüzeylerinden plastik deformasyon sayesin-

de dışarı fışkırıp çıkar. Böylece esas temizleme kaynak esnasında yapılmış olur.

Edinilen tecrübeler göstermiştir ki soğuk baskı kaynağı ile birleşmenin olabilmesi i-

çin iki ana şartın gerçekleşmesi gerekir.

a. Kaynağı yapılacak parçalar yumuşak olmalı veya önce yumuşatma tavlamasına tabi tu-

tulmalıdır. Bu şart tatbik edilen basınç kuvvetinin sınırsız olamayacağından gereklidir.

b. Kaynak esnasında ortay çıkan deformasyon derecesi (yüzey büyümesi) belirli kritik bir

deformasyon derecesinin üstünde olmalıdır.

38

Şekil 2.6.2 Soğuk baskı kaynağında yüzey büyümesi ve yüzey işlemesinin kaynama başlama-

sına etkisi. Malzeme: 99,6 Al, oda sıcaklığında.

Soğuk baskı kaynağı ile farklı malzemelerin kaynağında her iki malzemenin aynı

anda plastik deformasyona uğraması sağlanmalıdır. Aksi halde birleşme olmayacaktır.

2.7 OCAKÇI KAYNAĞI

Bu uygulama basınç kaynağı uygulamaları içinde en iptidai olanıdır. Birleştirilecek

parçaların birleşme yüzeyleri önce ısıtılır. Kaynak yapılacak parçalar açık bir ateş veya fırında

ısıtılır ve çekiç hadde veya pres vasıtasıyla birleştirilir.

Tanımdan da anlaşılabileceği gibi ocakçı kaynağı çok fazla kompleks donanımlara

ihtiyaç duyulmadan yapılan bir kaynak uygulamasıdır. Çünkü parçalar ısıtıldıktan sonra bir

çekiç veya pres vasıtasıyla birleştirilebilmektedir.

Ocakçı kaynağında elde edilen kaynak yüzeyinin pürüzlülük katsayısı yüksektir.

Yani düzgün bir yüzey elde edilemez.

Çekiç kaynağı olarakta bilinen ocakçı kaynağının kaynak endüstrisinde pek fazla

uygulama alanı bulunmamaktadır. Yalnızca küçük işletmelerde kısmende olsa kullanılmakta-

dır.

2.8 ULTRASONİC KAYNAK

2.3.1 İşlemin Esası ve Özellikleri

39

Şekil 2.8.1.a Ultrasal nokta kaynak makinası

Ultrasal kaynağı eş veya farklı malzemelerin titreşim ve basınç etkileri altında bir-

leştirilmesi olarak tanımlanabilir. Uygulamada birbirine paralel ve bindirme konumundaki

malzemelerin ses üstü titreşime sahip bir eleman (sonotrod) ile altlık (örs) arasında basınç

etkisininde yardımıyla nokta veya dikiş kaynağı yapılabilmektedir. Yöntemde elektriksel ola-

rak üretilen titreşimin mekanik enerjiye dönüştürülmesinden yararlanılmaktadır. Bu işlem için

kullanılan şebekeye bağlı yüksek frekans jeneratörlerinin çıkış frekansları 20-50 kHz aralı-

ğında bulunmakta, sistem kısmen veya tam mekanik yada tam otomatik olarak çalışacak şe-

kilde düzenlenmektedir. Şekil 2.8.1.b.’de ultrasal kaynakta birleşmenin mekanizması veril-

miştir.

Şekil 2.8.1.b Ultrasal kaynağında birleşmenin mekanizması.

Kaynak ünitesi çıkış titreşimlerinin kuvvetlendirilmesi ve genliğinin arttırılması ile

kademeli tüplerle teçhiz edilmiştir. Bu elemanlar aynı zamanda titreşimleri parçaya iletici

elemana (sonotrod) iletilmektedir. Donanımda bulunan ve örs olarak adlandırılan altlık, kay-

nak için gerekli basınç işlemini hareketsiz olarak yerine getirmektedir.

40

İşlemde etkilendirilen titreşim ve basınç birleştirilmesi öngörülen elemanlardan sa-

dece üsttekine iletilmekte titreşim genlikleri malzeme ve kombinezonları ile kalınlıklarına

bağlı olarak 10-100 mm aralığında bulunmaktadır.

2.8.2 Kaynak Edilebilir Malzemeler

Ultrasal kaynağı esas olarak ince kesitler ve yassı yüzeyler için uygun bir yöntem

olarak Al levhaların nokta kaynağı için 2 kw’lık bir ünite ile bindirme parçasının üst kalınlık

sınırı 2mm aynı malzemenin dikiş kaynağı için birleştirilmesinde ise bu sınır 1 mm olarak

verilmektedir. Diğer malzemeler için ise yaklaşık yine aynı sınırlar içerisinde kalınmaktadır.

Buna karşın 0,005 mm kalınlıklardaki tel yada folieların bu yöntemle birleştirilmesi kolaylıkla

mümkün olmaktadır.

Yöntemin malzemeler yönünden asıl üstün yönü sinter tekniği ile imal ediliş malze-

melerin kusursuz olarak birleştirilmelerinin yanında, metal esaslı malzemeler ile cam, seramik

ve sentetik (plastik) malzemelerin birleştirilmesini mümkün hale getirmesidir.

Ultrasal kaynağı şekil değiştirme özelliği yüksek malzemelere uygulanamamaktadır.

Örneğin Pb gibi malzemeler titreşim sürecinde akış eğilimi gösterdiklerinden gevrek malze-

meler ise çatlama duyarlılıklarından dolayı bu yatkın değildirler.

2.8.3 Uygulama Alanları

Ultrasal kaynağı verilen malzeme kalınlıklarında kalmak ön koşulu ile soğuk pres

kaynağı, elektrik nokta direnç kaynağı ve dikiş kaynağı uygulamalarının tümünde kullanılabi-

lir.

Belirtilen bu örneklerin dışında metalsel esaslı olmayan malzemelerin ince metalsel

tabakalarla örtülme işlemlerinde ayrıca bu malzemelerden oluşan kombinezonların birleşti-

rilmelerinde uyuglanmaktadır.

Yöntemden genellikle ince mekanik zayıf akım cihazlarında eleman birleştirmele-

rinde örneğin radyo televizyon ve haberleşme araçlarının imalinde sıvı, gaz ve vakum kapla-

rının yapımlarında falielerin birleştirilmesinde yararlanılmaktadır. Gelişim süreci içinde ise

41

uzay taşıtları, roketler ve yapay peykler gibi yapım endüstrilerinde uygun bir yöntem olarak

rol oynadığı görülmektedir.

Şekil 2.8.3.a Ultrasal kaynağı uygulaması

2.9 DİFÜZYON KAYNAĞI

2.9.1 İşlemin Esası ve Özellikleri

Isı etkisi ile katı, sıvı ve gaz fazlarında yer değiştirme olarak tanımlanan difüzyon

olayı, ısıl hareketlerden doğan kinetik enerjilerin dengelenmesi ve bölgesel yoğunluk farkları-

nın azalma eğilimlerinden kaynaklanmaktadır.

Difüzyon ile değişik miktarlarda atom, molekül, belirli atom grupları ve iyonlar veya

elektronlar gibi elemanların göç ettirilmesi mümkün olabilmektedir.

Difüzyona yatkınlık bakımından herbir element ve bunların bulundukları fazlara gö-

re büyük farklılıklar bulunmaktadır. Ayrıca bir reaksiyonda farklı yer değiştirme hızları reak-

siyon merkezinin çevresinde belirli bölgelerde hacimsel değişimlere neden olabilmektedir. Bir

metalde atomlar bulundukları kafeste aralıksız ısıl titreşimlere sahiptirler. Sıcaklığın artması

ile artan bu titreşim durumu mutlaka 0 °K(-273,2 °C)’de kesilmektedir. Bu titreşimler kristal

kafeslerindeki atomların yer değiştirmesine yardım edecek yönde etkimektedir. Titreşimler-

42

deki genliklerin artması ile atomların birbirinden uzaklaşması çok kısa bir süre için boşluk

oluşturmakta yabancı atom bu boşluktan geçerek geçebilmektedir. Sıcaklığın artması ile

difüzyonun kolaylaşması başlıca iki nedene dayanmaktadır.

1-) Atomların titreşim genliklerinin artması

2-) Kafeslerdeki boşlukların büyümesi

Difüzyon olayı atomların daha gevşek bağlara sahip olduğu tane sınırlarında, orta

kısımlara nazaran daha hızlı gerçekleşmektedir. Difüzyon kaynağı kaynak edilmesi öngörülen

parçaların temas yüzeylerinin sınır tabakalarından, atomların yerdeğiştirme reaksiyonlarından

faydalanarak yapılan bir birleştirme uygulamasıdır. İşlemde difüzyon olayının hızlandırılması

için parçalar tavlanmakta ve parçalar bu sıcaklıkta iken belirli bir süre basınç altında tutul-

maktadır. Tavlama sonunda ulaşılan sıcaklık daima katı faz bölgesinde bulunmaktadır.

Difüzyon kaynağında ana parametreler zaman, sıcaklık ve basınçtır. Kaynak genel-

likle düşük basınç, yüksek sıcaklık ve diğer katı faz kaynak yöntemlerine göre daha uzun sü-

rede yapılır. Yöntemi etkileyen üç ana esas değişkenin yanında, birleştirilecek parçaların yü-

zey temizliği metalurjik etkenler ve bir ara tabakanın kullanılmasının da etkilerini gözönünde

bulundurmak gerekir.

Difüzyon kaynağının uygulanmasında özellikle farklı metal ve alaşımların birleşti-

rilmesinde ara tabaka kullanılması gerekmektedir. Ara tabakalar kaynak alanındaki heterojen-

liği minimuma indirir. Birleştirmenin oluşumunu kolaylaştırır.

2.9.2 İşlemin Yapılışı

Metalsel malzemelerin yüzeylerinin ideal anlamda düzgün olmadıkları bir önceki

şekil verme işleminden kaynaklanan bu geometrik bozukluğun dışında, yüzeylerin farklı ta-

bakalarla örtülü olduğu bilinmektedir.

Kaynak sonunda parçalar arasında, hatta mikro tesir sahasında bir ara hat bulunma-

ması olarak tanımlanan kusursuz birleştirme, kaynak edilecek yüzeylerin güvenli bir kontak

sağlanması koşuluna bağlı bir şekilde oluşmaktadır. Bu nedenle, parça yüzeylerindeki oksit ve

diğer yabancı elemanların mekanik, kimyasal veya elektriksel yollarla uzaklaştırılması ge-

rekmektedir.

43

Yüzeysel temas, pürüzlülük noktalarından sağlandığından, atomların difüzyonu bu

noktadan geçiş ile başlamaktadır. Yüzeylerdeki bu düzgünsüzlük durumu yüzey işleme kalite-

sindeki periyodikliğin dışında farklı bir bozukluğa sahip değilse kaynak işlemi süresince ba-

sınç ve sıcaklığın etkisi ile tam olarak veya kısmen düzlem durumuna getirilmektedir.

Difüzyon kaynak uygulaması ardarda şu sıra ile tamamlanmaktadır.

1) Parçaların kaynak hücresi içine yerleştirilmesi

2) Ön sıkıştırma

3) Kaynak hücresinde vakum oluşturma

4) Kaynak edilecek yüzeylere eş sıcaklıkta tavlama yapılması

5) Asıl kaynak basıncının uygulanması

Difüzyon kaynağında elde edilen kaynaklı bağlantının istenilen mekanik şartlarda

olması için; yukarıdaki gerekli koşulları sağlaması gerekmektedir.

Şekil 2.9.2.a Difüzyon Kaynak Donatımı

2.9.3 Uygulama Alanları ve Kaynak Edilebilir Malzemeler

Malzeme çiftlerine (Al-Cu, Ni-Ti, dökme demir vb.) bağlı uygulama esasları aşağıda

verilmiştir.

44

a) Aynı tür malzemelerin birleştirilmesi:

Bu tür uygulamalarda elementlerin atom büyüklüklerine bağlı olarak difüzyon hızlarının

çok düşük olması ve dolayısıyla kaynak sürelerinin uzaması nedenleri işlemin pratik ol-

masından uzaklaşmasına sebep olmaktadır.

b) Farklı malzemelerin birleştirilmesi :

Birleştirilecek metallerin birbiri içinde tam olarak karışabilmesi için, çatlama ve korozyon

eğilimlerinin bulunmaması koşullarını sağlaması gerekmektedir. Cu-Al, çelik ve alaşımla-

rı, Zr alaşımları-paslanmaz çelikler, Çelik-Al gibi malzeme çiftleri ile başarılı kaynak bir-

leştirmeleri yapılabilmektedir.

c) Benzer yada farklı malzemelerin bir ara madde ile birleştirilmesi:

Metalsel malzemelerin yüzeylerine bir ilave tabaka kaplamak suretiyle örtüsüz durumları-

na kıyasla daha hızlı bir difüzyon sağlanmakta ve kaynak süresi kısaltılmaktadır.

Difüzyon kaynağında diğer yöntemlerde elde edilemeyen boyut toleranslarına ulaşı-

labilir. Ayrıca işlem sonu parçalarda fiziksel mekanik özellik değişimleri oluşmaz.

Yöntemin dezavantajlı yönleri olarak birleşecek yüzeylerin iyi işlenmesi gereği

mevcut donatımın pahalı oluşu ve sürenin rölatif uzun olması ve buna benzer ekonomik olay-

lar gösterilebilir.

KAYNAKLAR

Anık Selahaddin (1991). Kaynak Tekniği El Kitabı, Yöntemler ve Donanımlar,

Gedik Holding Yayınları

Anık Selahaddin, Kaynak Tekniği, Cilt I

Gültekin Nurullah (İstanbul 1991), Kaynak Tekniği

Mühendis ve Makine Dergisi, Ocak 1998, Sayı 456

Makine Magazin Dergisi, 1998 Temmuz

Oğuz Burhan, Aşınma Sorunları ve dolgu Kaynakları, Oerlikon Yayınları

45

46

II. Ulusal Kaynak Tekniği Sempozyumu Bildiri Kitabı (Maçka-İstanbul 13, 14,

15 Kasım 1989), İ.T.Ü. Makine Fakültesi Malzeme ve İmal Usulleri Birimi Yayınları

ÖZGEÇMİŞ

Mustafa AKSOY 1978’de Rize’de doğdu; ilk ve orta öğrenimini aynı şehirde tamam-

ladı; Of Şehit Ahmet Türkkan Lisesi’nden mezun olduktan sonra 1995 yılında ZKÜ Mühen-

dislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü’ne girdi; halen aynı bölümde son sınıf öğrenci-

sidir.